Специальные версии высокомолекулярного полиэтилена для нейтронной защиты
Дата:
06.12.2013
Отрасли применения:
Защита от радиации является актуальной проблемой не только на атомных электростанциях или судах с атомной двигательной установкой, поскольку источники радиационного излучения получили в последнее время самое широкое распространение в составе различных устройств и приборов – в сканерах систем безопасности, компьютерных томографах, измерительных устройствах и т.д. Современные инженерные пластики, главным образом различные виды листового полиэтилена, могут предложить эффективное решение данной задачи.
Компьютерный томограф
Сканер службы безопасности
Виды радиационного излучения и их проникающая способность
В радиационном излучении выделяют α-частицы и β-частицы, а также γ-лучи и нейтроны, которые в отличие от α и β-частиц не имеют заряда и обладают высокой проникающей способностью:
Быстрые и термальные нейтроны могут быть задержаны только атомарными силами, во время столкновения с атомными ядрами.
Эти два вида нейтронов сильно отличаются по своим характеристикам:
Для того, чтобы замедлить скорость быстрых нейтронов до уровня термальных нейтронов, в зависимости от конструкционного материала, из которого изготовлена нейтронная защита, требуется разное количество столкновений:
Полиэтилен, как конструкционный материал для нейтронной защиты
Из вышеприведенной таблицы следует, что водород является элементом, который наиболее эффективно тормозит быстрые нейтроны. В свою очередь полиэтилен, представляющий собой цепочку молекул этилена (C2H4) имеет одну из самых высоких концентраций атомов водорода в составе материала – 14.3%. В связи с этим полиэтилен эффективно затормаживает быстрые нейтроны до уровня термальных нейтронов.
Существует множество видов полиэтилена, во многом отличающихся по своим свойствам друг от друга, и не все они одинаково хорошо подходят для изготовления нейтронной защиты. Наиболее широкое применение в этой области получил высокомолекулярный полиэтилен (ВМПЭ, PE500).
Эффективность полиэтилена, как материала для нейтронной защиты, может быть дополнительно увеличена путем введения в его состав элементов с большим сечением атомов – бора, лития и т.д. В процессе торможения быстрых нейтронов происходит выделение энергии в форме вторичного γ-излучения. За счет введения в состав материала с большим сечением атомов удается в значительной степени уменьшить энергию этого излучения, и для его полного поглощения достаточно тонкой свинцовой пластины.
В настоящий момент ряд производителей инженерных пластиков имеют в составе производимого ассортимента материалов борированные версии высокомолекулярного полиэтилена.
Дальнейшее совершенствование этих материалов было направлено на повышение верхней границы их рабочей температуры. Для этого в состав материала вводились добавки, образующие поперечные связи между молекулярными цепочками:
Модифицированный таким образом высокомолекулярный полиэтилен может эффективно эксплуатироваться при постоянной температуре до 200°С, в то время как верхняя граница постоянной рабочей температуры немодифицированной версии находится на уровне 80° С.
Компьютерный томограф
Сканер службы безопасности
Виды радиационного излучения и их проникающая способность
В радиационном излучении выделяют α-частицы и β-частицы, а также γ-лучи и нейтроны, которые в отличие от α и β-частиц не имеют заряда и обладают высокой проникающей способностью:
Быстрые и термальные нейтроны могут быть задержаны только атомарными силами, во время столкновения с атомными ядрами.
Эти два вида нейтронов сильно отличаются по своим характеристикам:
Для того, чтобы замедлить скорость быстрых нейтронов до уровня термальных нейтронов, в зависимости от конструкционного материала, из которого изготовлена нейтронная защита, требуется разное количество столкновений:
Полиэтилен, как конструкционный материал для нейтронной защиты
Из вышеприведенной таблицы следует, что водород является элементом, который наиболее эффективно тормозит быстрые нейтроны. В свою очередь полиэтилен, представляющий собой цепочку молекул этилена (C2H4) имеет одну из самых высоких концентраций атомов водорода в составе материала – 14.3%. В связи с этим полиэтилен эффективно затормаживает быстрые нейтроны до уровня термальных нейтронов.
Существует множество видов полиэтилена, во многом отличающихся по своим свойствам друг от друга, и не все они одинаково хорошо подходят для изготовления нейтронной защиты. Наиболее широкое применение в этой области получил высокомолекулярный полиэтилен (ВМПЭ, PE500).
Эффективность полиэтилена, как материала для нейтронной защиты, может быть дополнительно увеличена путем введения в его состав элементов с большим сечением атомов – бора, лития и т.д. В процессе торможения быстрых нейтронов происходит выделение энергии в форме вторичного γ-излучения. За счет введения в состав материала с большим сечением атомов удается в значительной степени уменьшить энергию этого излучения, и для его полного поглощения достаточно тонкой свинцовой пластины.
В настоящий момент ряд производителей инженерных пластиков имеют в составе производимого ассортимента материалов борированные версии высокомолекулярного полиэтилена.
Дальнейшее совершенствование этих материалов было направлено на повышение верхней границы их рабочей температуры. Для этого в состав материала вводились добавки, образующие поперечные связи между молекулярными цепочками:
Модифицированный таким образом высокомолекулярный полиэтилен может эффективно эксплуатироваться при постоянной температуре до 200°С, в то время как верхняя граница постоянной рабочей температуры немодифицированной версии находится на уровне 80° С.
